Mehr geht noch: Solarstrom lebt auch von den wachsenden Erfolgen beim Wirkungsgrad

Wenn Solarzellen Wirkungsgrade von in Richtung 40 Prozent erreichen können statt wie heute am Markt üblich 15 bis 22 Prozent, wird es den Ausbau von Solarstromnutzung weltweit in neue Dimensionen führen. Auf gleicher Fläche kann mehr Strom erzeugt werden oder dieselbe Menge auf kleinerer Fläche. Dabei kann es sich um Dachflächen handeln genauso wie um Freiflächen. Fläche ist immer ein knappes Gut.

Darum geht es bei der Weiterentwicklung von Zelltechnologie

Es geht in der Weiterentwicklung von Zelltechnologie aber auch um andere wichtige Themen, wie z. B. die Alterung der Module (Degradation), also Wirkungsgradverluste weiter zu minimieren. Es geht unter den vielen anderen ebenfalls nennenswerten Entwicklungsthemen darum, z. B. Herstellungsprozesse weiter zu optimieren, sie noch effizienter und verlustärmer zu machen. Es geht auch darum, umweltschädliche Materialien, die in PV-Modulen teilweise noch Verwendung finden, wie z. B. Blei, durch andere zu ersetzen und teure Materialien, wie z. B. Silber, weiter zu reduzieren und am Ende die Kosten pro Wp weiter zu senken. Ein weiteres wichtiges Thema ist die Wiedergewinnung von Rohstoffen aus Altmodulen durch neue Methoden des Recyclings. Mit zunehmendem Ausbau der PV-Kapazität wird hier auch eine Entsorgungslawine kaputter und/oder ausgedienter Module auf uns zukommen.

PERC, IBC, TOPCon und HJT

Monokristalline, siliziumbasierte Solarzellen dominieren den Markt. PERC-Zellen sind aktuell die am meisten verbaute Zelltechnologie am Markt. PERC-Zellen erreichen Wirkungsgrade von bis zu 22 Prozent und darüber. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie höhere Erträge durch eine Reflexionsschicht auf der Rückseite erzielen, die Teile ungenutzten Sonnenlichts in die Zelle zurückreflektiert. Auch die IBC-Zelltechnologie („Interdigitated Back Contact“) ist am Markt etabliert und sie wird bereits in Balkonkraftwerken verbaut. Ihr wesentliches Merkmal ist, dass sich die Kontakte auf der Rückseite der Zellen befinden und nicht auf der Vorderseite. Das verbessert den Wirkungsgrad, der sich um die 25 Prozent und darüber bewegt.

Ein aussichtsreicher Nachfolge-Kandidat für PERC sind TOPCon-Zellen. TOPCon steht für „Tunnel Oxide Passivated Contact“. Im Kern besteht das TOPCon-Konzept darin, dass das Metall der Anschlusskontakte nicht in Kontakt mit der Siliziumschicht kommt. Laut Experten können monokristalline TOPCon-n-Typ-Zellen im Labor derzeit Wirkungsgrade von fast 27 Prozent erreichen.

Heterojunction (HJT)-Zellen sind ein weiterer Kandidat. Aufgrund ihrer Zellarchitektur erreichen HJT-Zellen im Vergleich zu PERC-Zellen einen höheren Wirkungsgrad von bis zu 25 Prozent. HJT-Zellen sind eine Kombination aus kristallinen und amorphen Solarzellen. Ein dünner monokristalliner Siliziumwafer wird auf beiden Seiten mit amorphem Silizium beschichtet. HJT-Zellen haben einen geringeren Temperaturkoeffizienten als PERC-Zellen (weisen also weniger Leistungsverluste bei steigenden Temperaturen auf), außerdem sollen sie eine geringe Degradation aufweisen. Sie sind allerdings (noch) teu(r)er in der Herstellung als PERC.

Perowskite stoßen Tür zu neuen Horizonten auf

Der neue Star am Horizont zeichnet sich mit den Perowskit-Silizium-Tandem-Solarzellen ab. Ihnen wird nicht weniger vorausgesagt, als dass sie den Solarmarkt ein weiteres Mal revolutionieren könnten. Forscher gehen davon aus, dass mit Perowskit-Solarzellen Wirkungsgrade von bis zu 45 Prozent erreicht werden können, aktuell liegt der Rekord im Labor bei rund 34 Prozent. Der Weg der Perowskite vom Labor hin zur Überführung in die Massenproduktion der Industrie steht aber erst für die kommenden Jahre in Aussicht. 

Eins kann man allerdings heute schon festhalten: 20 Jahre Solarforschung an Siliziumzellen haben erstaunliche Ergebnisse hervorgebracht. Die Wirkungsgradgrenzen, an die die Forscher sich bei den herkömmlichen Siliziumzellen immer mehr annähern, werden durch neue Materialkombinationen weiter nach hinten verschoben. Das trägt, neben allen anderen aktuellen Trendthemen in der Photovoltaik, maßgeblich zur Energiewende bei.